日本生物學家福岡伸一指出《生命是最精彩的推理小說：一個生物學家眼中的奇妙世界生物》（生物と無生物のあいだ），生命為一種「動態的平衡狀態」，我們吃進身體的分子，會在瞬間散布至全身，之後短暫停留在某處，接著又在一瞬間離開我們的身體。換言之，我們生命體的身體並非如塑膠模型般，由靜態的零件組成的分子機械，而是成立於零件本身的動態之中（請參見〈生物與非生物之間－生命是最精彩的推理小說〉）。

生物只要是還活著，就要靠不斷地吃喝拉撒來維持「動態的平衡狀態」至到死亡。於是，比較高等一些的動物，胚胎發育時就要打通任督二…哦不…形成原腸再發育生消化道。我們人類是後口動物，也就是胚胎的第一個開口（胚孔）變成了肛門，口是後來形成的，我們用後口進食、原口排遺。不像水母，除了軟趴趴、手有毒、沒有腦，而且肛門就是口。大學時，瀉腹子時，同學之間就會說是原口在嘔吐。

從我們的後口到原口，有一段曲曲折折的各種管道，《大口一吞，然後呢？：深入最禁忌的消化道之旅》（Gulp: Adventures on the Alimentary Canal）這本風趣、幽默、恢諧的好書，就要帶你從鼻子、後口一路環遊到原口。

《大口一吞，然後呢？》的譯文也很棒，把各種梗弄成台灣讀者超熟悉的。作者瑪莉‧羅曲（Mary Roach）其他有名作品還有《打包去火星：太空生活背後的古怪科學》（Packing for Mars: The Curious Science of Life in the Void）、《一起搞吧！科學與性的奇異交配》（Bonk: The Curious Coupling of Science and Sex）、《不過是具屍體》（Stiff: The Curious Lives of Human Cadavers），以及《活見鬼：靈魂與來世的科學實驗》（Spook: Science Tackles the Afterlife），都有中譯本。《大口一吞，然後呢？》基本上就像是法國科幻小說家儒勒·凡爾納（Jules Gabriel Verne，1828－1905）的《環遊世界八十天》（Le tour du monde en quatre-vingt jours）、《海底兩萬哩》（Vingt mille lieues sous les mers）和《地心歷險記》（Voyage au centre de la Terre）加起來的消化道版XD

為了《大口一吞，然後呢？》，瑪莉‧羅曲訪殺人兇手、瘋狂科學家、愛斯基摩人、驅魔法師（他們有時會從直腸灌入聖水）、猶太教律法專家，以及恐怖份子等等，讓我們來瞭解品嘗味道和味覺沒太大關係、如何騙貓狗吃下他們的飼料。

《大口一吞，然後呢？》提到外科醫師博蒙特（William Beaumont）和病人聖馬丁（Alexis St. Martin）之間的酸味關係，後者1822年，腸道留下了手術後永久性的孔，通過它博蒙特醫生藉此塞入各種消化和未消化的東西來研究它們的下場。揭露出古老神秘的實驗和未來科學之間的一線之差，雖然這些變態的作為在在醫學和生物學界本來就是常態。

還有諸如口水的晶瑩剔透、口腔實驗室的生涯、被活吞時該如何逃生、你吃的東西會不會反過來吃你？吃死自己的學問、消化道內的氣爆、胃腸脹氣研究史上的其他趣聞、惡臭的脹氣除了令人紛紛走避，還能做什麼？消化道是雙向道嗎？除了水母，原口可以用來進食嗎？貓王的巨結腸症以及因便祕而死的一些省思……等等變態的問題XD

《大口一吞，然後呢？》讓我們在消化道兩萬毫米環遊80分鐘的歷險記後後，從很「續嘴」的香脆食物到化成脹氣和臭屁，或者堵在腸道而便祕，讓我們見識到可口的東西如何化作令人厭惡的傢伙，並且還認識到各種體液和氣體伴隨而來詭異，明明是自己身體產生的，可是怎麼到了身體外卻成了噁心的東西。除此之外，她還探討了直腸的其他功用，例如夾帶違禁品等等。

雖然天天不停地吃喝拉撒，可是不經《大口一吞，然後呢？》這一洗禮，還真不知原來人類對我們這個後口到原口之間的歷程，所知居然是這麼矇矓，不過還是多虧了像瑪莉‧羅曲這麼變態…哦不…這麼好奇的作家，帶我們去更變態的科學家實驗室，一窺宅宅的消化道世界，後口入、原口出地嘗盡口水、胃液和米田共等等的奇妙滋味。

讀完了《大口一吞，然後呢？》，你肯定對後口到原口之間的一切略懂略懂，從今往後，連放的屁都不一樣了XD

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隱翅蟲是一群小型甲蟲的總稱；牠們以毒聞名，卻不見得都具有毒性。有些隱翅蟲會生產毒液儲存在身體裡，需要時噴射攻擊。毒液不只是嚇唬人的工具，像是跟螞蟻搶地盤這類場合，生化武器能發揮實在的優勢。

本文沒有真實隱翅蟲的圖像，閱讀時不用擔心。

隱翅蟲的毒液包含毒素和溶劑兩部分，有意思的是，兩者是獨立生產；溶劑本身沒有毒，毒素單獨存在也沒多少毒性。兩者極為依賴彼此，生產線卻是獨立運作，此一狀況是怎麼形成的？一項新研究投入大筆資源，便探討其演化過程。

「毒」加「液」才有毒液

這項研究探討的隱翅蟲叫作 Dalotia coriaria，為求簡化，本文之後稱之為「隱翅蟲」。它的毒素並非導致隱翅蟲皮膚炎的隱翅蟲素 (pederin) ，切莫混淆。

隱翅蟲的毒液發射器位於背上，體節的 A6、A7 之間，這兒有部分表皮細胞特化成儲存囊壁，並分泌脂肪酸衍生物作為溶劑。而毒素為配備苯環的化學物質 benzoquinone（苯醌），簡稱 BQ；另有一群細胞專門生產 BQ，再運送到儲存囊，和其中的脂肪酸衍生物混合後形成毒液。

生產毒素和溶劑的細胞，是兩類完全不一樣的細胞，各有不同的演化歷史。隱翅蟲的祖先，沒有毒素也沒有溶劑，兩者都可謂演化上的創新 (novelty) 。

論文將生產溶劑的細胞稱為「溶劑細胞」；分析成分得知溶劑總共有 4 種，是碳數介於 10 到 12 的脂肪酸衍生物。合成脂肪酸，本來就是各種生物的必備技能，但是溶劑細胞製作的脂肪酸衍生物，原料並非一般常見的脂肪酸。

脂肪酸的合成，都是以 2 個碳的基礎材料開始，作為類似 PCR 中引子 (primer) 的角色，然後由 FAS（全名 fatty acid synthase）這類酵素一次加上 2 個碳，2、4、6、8 碳一直加上去。人類的 FAS 通常會製作長度為 16 碳的棕櫚酸，昆蟲則會造出 14、16、18 碳的最終產物。

隱翅蟲的溶劑細胞中，脂肪酸衍生物只有 10 到 12 個碳，比 FAS 一般的產物更短。奇妙的是，這兒的脂肪酸並非由 14 或 16 個碳縮短而來，而是溶劑細胞內 FAS 的最終產物直接就是 12 個碳。

改造脂肪酸合成線路，製作溶劑

要闡明其中奧妙，必需先稍微認識昆蟲的脂肪酸合成系統。昆蟲有一群特殊的脂肪酸衍生物，稱為「表皮碳氫化合物（cuticular hydrocarbon，簡稱 CHC）」，具有防止水分散失、費洛蒙等作用。

表皮碳氫化合物多半由 oenocyte 所製造（類似人類的肝細胞），在 FAS 酵素催化形成 14 到 18 個碳長的脂肪酸以後，繼續由延長酶 (elongase) 增加長度，去飽和酶 (desaturase) 加上雙鍵，最後經過兩道尾端的還原手續，分別由 FAR（全名 fatty acyl-CoA reductase）和 CYP4G（全名 cytochrome p450 family 4 subfamily G）兩類酵素執行，產生通常介於 20 到 40 個碳長的產物。

隱翅蟲和其他昆蟲一樣，oenocyte 細胞內有完整的表皮碳氫化合物生產線，每一步驟的酵素一應俱全。比對可知，溶劑細胞內也有一條脂肪酸衍生物的產線，顯然是由表皮碳氫化合物的生產線改版而成。

隱翅蟲至少有 4 個 FAS 基因，3 個負責製作一般的脂肪酸和表皮碳氫化合物，只有一個特定的 FAS 參與溶劑生產，專職在溶劑細胞中大量表現，製造 12 碳的脂肪酸，最後也由 FAR 和 CYP4G 收尾形成衍生物。值得一提，已知產物長度為 12 碳的 FAS 酵素相當罕見。

溶劑細胞和表皮碳氫化合物的生產線，兩者都有 FAS、FAR、CYP4G 三類酵素，但是在溶劑細胞作用的三種酵素，都不管其他細胞的脂肪酸合成。除此之外，有時候還有另一種酵素 α-esterase 的參與。依靠這些專門在溶劑細胞工作的酵素們，隱翅蟲能生成 4 種溶劑。

演化上，隱翅蟲並沒有捨棄原本的脂肪酸生產線，整套都還存在；相對地，隱翅蟲在少數特定細胞新增一條產線，不影響原本的重要部門。這是隱翅蟲在遺傳和細胞層次的演化創新。

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改造粒線體代謝線路，生產毒素

類似的狀況，也在毒素生產線觀察到。隱翅蟲的毒素，也是由原本有重要功能的古老生產線，調整再改版而成。

論文將生產毒素的細胞稱為「BQ 細胞」，這部分沒有溶劑細胞了解的那麼詳盡，不過經由碳的穩定同位素追蹤，還是得知毒素原料來自食物中的氨基酸：酪胺酸 (tyrosine) ，經過一系列加工後形成 BQ。

這條生產線上有個關鍵酵素叫作 laccase，它一般的功能是參與 Coenzyme Q10，也就是 ubiquinone 的合成。這是粒線體有氧代謝中的重要成分，對生存不可或缺。和其他甲蟲相比，隱翅蟲多出一個 laccase 酵素，專門在 BQ 細胞表現，將 HQ (hydroquinone) 催化成 BQ 作為毒素。

由此看來，隱翅蟲祖先演化出溶劑和毒素的道理是一樣的。

溶劑方面，以舊的表皮碳氫化合物生產線為基底，改用多個新酵素基因，形成新的生產線。毒素方面，源自古老的粒線體代謝線路，同樣加入新的酵素基因，改版後變成毒素產線。兩者各自皆為遺傳與細胞層次的新玩意，合在一起則衍生出功能上的演化創新。

組合新功能，一步一步累積有利變異

這項研究有許多潛在的討論方向，有興趣的讀者可以自行鑽研。像是生物學研究者能估計所有實驗耗資多少，感受自己的微渺（例如為了分辨不同細胞的作用，論文使用大量昂貴的「單細胞轉錄組 single cell transcriptome」進行分析）。這邊只提兩點。

第一點有趣的問題是：隱翅蟲的溶劑和毒素要同時存在才有效果，可是演化上是哪個先出現呢？論文推測是溶劑細胞先出現。

假如只有 BQ 這類毒素存在，殺傷效果非常差（論文用果蠅幼蟲做實驗），但是溶劑細胞的產物，即使不作為 BQ 的溶劑，脂肪酸衍生物也可以有其他用途，像是潤滑油之類的，或是扮演別種物質的溶劑。

想來新的脂肪酸生產線比較可能先出現，扮演某些不是太重要的角色，接著再加入 BQ；毒素加上溶劑，兩者合體產生新的強大功能，脂肪酸生產線又由於獲得新功能而調整優化，最終形成現在的樣貌。

第二點有趣的是，這回發現產物為 12 碳的 FAS 酵素。乍看沒什麼，影響卻很關鍵。

FAS 這類酵素的差異，在於催化生成的脂肪酸最終產物有幾個碳（或是說，可以加到幾個碳那麼長）；已知幾乎皆為 14、16、18 個碳，隱翅蟲的溶劑細胞表現的 FAS 卻是 12 個碳。好像只差一點，然而實際測試發現，脂肪酸衍生物超過 13 個碳，作為 BQ 溶劑的效果便會差一大截。

也就是說，隱翅蟲倘若沒有脂肪酸產物僅 12 碳長的 FAS，儘管仍然可以生成溶劑，毒性將弱化不少。由此推想，隱翅蟲如今威力強大的毒液，並非透過少數變化一次到位，而是逐漸累積有利變異的結果。

想得更遠一點，由兩種細胞合作衍生而成的毒液，可以視為由多種細胞合夥，複雜器官的最簡單版本。原本不相關的各式細胞們，持續累積一個一個微小的改變，也有機會組合發展成複雜的組織或器官。

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參考資料

1. Evolutionary assembly of cooperating cell types in an animal chemical defense system.
2. A beetle chemical defense gland offers clues about how complex organs evolve

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。

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